CN207835496U - 工业物联网适配器 - Google Patents

Abstract

一种工业物联网适配器，包括处理器、联网模块、供电模块，所述供电模块包括常用供电单元和应急供电单元，所述应急供电单元包括：储能电容；整流电路；恒压电路；第一开关管，高电位端接所述恒压电路的输出端，低电位端接所述处理器的电源引脚；开关控制电路，与所述处理器的使能引脚和所述第一开关管控制端连接，用于根据在所述常用供电单元断电后控制所述第一开关管导通使所述处理器持续上电，以上传所述断电报故障报文及断电前数据。通过电容储存的电量将断电前适配器最后获取的设备状态数据发送出去使得用户能在适配器掉线前了解工业设备的状态、也能了解适配器遇到的故障。

Description

工业物联网适配器

技术领域

本实用新型属于适配器技术领域，尤其涉及一种工业物联网适配器。

背景技术

工业企业中使用机械设备众多，但大多数生产现场中各个工序还是独立运行状态、一个作业工序做完才进入下一作业工序，因而每个工序或作业流程使用的设备都是独立运行的；某些设备能将数据接入网络，但绝大多数制程现场的设备仍不能接入网络。本实用新型提供的工业物联网适配器，能实现其与工业设备、与互联网端的双向通信。

根据实际应用的不同需求，工业物联网适配器可以通过以太网、wifi或者GSM、GPRS等方式，实现与云平台或者网络端的联网通讯，从而将设备数据上报至云平台、接收网络端发送的设备控制指令。工业物联网适配器可以通过RS485、RS232、Modbus(通讯协议)、Mrofibus(过程现场总线)、工业以太网、PPI(并行外设总线)等方式与工业设备通信，以获取设备数据。可见，通过该工业物联网适配器能实现实时获取设备数据、将不具备联网功能的工业设备实现联网通信；并实现其与工业设备、与互联网端的双向通信。

然而，由于设备使用现场，如户外、矿井底下，或工序制程现场、产品生产现场的条件限制，易出现断电故障。若生产现场出现断电，使得工业物联网适配器在实时传送数据时中断传输，将导致数据丢失，特别是当前的设备状态数据不能及时向云平台发送，适配器在远程监控系统显示界面中显示“掉线”。这将引起用户在远程监控系统显示界面中发现适配器不能上报数据了，在系统界面上不能展现适配器掉线前设备当前状态数据、以及是否由于断电造成适配器掉线情况，用户也不能追溯到适配器掉线的根本原因。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工业物联网适配器，以低成本的方式解决传统的适配器断出现掉电时，导致数据丢失和无法确认故障原因的问题。

一种工业物联网适配器，包括接口模块、数据收发模块、处理器、联网模块、定位模块、模拟量采集器、存储器件和供电模块，所述供电模块包括常用供电单元和应急供电单元，所述处理器在所述常用供电单元掉电后若能持续上电，则通过所述联网模块上传断电故障报文及断电前数据，所述应急供电单元包括：

储能电容，第一端接所述常用供电单元的输出端，第二端接地；

整流电路，输入端与所述储能电容的第一端连接；

恒压电路，输入端接所述整流电路的输出端；

第一开关管，高电位端接所述恒压电路的输出端，所述第一开关管的低电位端接所述处理器的电源引脚；

开关控制电路，与所述处理器的使能引脚和所述第一开关管控制端连接，用于根据在所述常用供电单元断电后控制所述第一开关管导通使所述处理器持续上电，以上传所述断电报故障报文及断电前数据。

优选地，所述整流电路包括整流二极管和第一电阻，所述整流二极管阳极接所述储能电容的第一端，另一端接所述恒压电路，所述第一电阻与所述整流二极管并联。

优选地，所述恒压电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、可控精密稳压源和第二开关管；所述第二电阻的一端接所述整流电路输出端，另一端接所述第三电阻的一端和所述可控精密稳压源的参考极，所述第三电阻的另一端接地；所述可控精密稳压源的阳极接地，阴极接所述第二开关管的控制端和所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端接所述整流电路输出端和所述第二开关管的高电位端，所述第二开关管的低电位端作为所述恒压电路的输出端。

优选地，所述第二开关管为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第二开关管的高电位端、低电位端、控制端。

优选地，所述可控精密稳压源为型号为TL432。

优选地，所述开关控制电路包括第三开关管，所述第三开关管的高电位端接所述第一开关管的控制端，所述第三开关管的低电位端接地，所述第三开关管的控制端接所述处理器的使能引脚。

优选地，所述第三开关管为三极管，其在所述处理器的使能引脚的有效电平下导通；

所述第一开关管为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第一开关管的高电位端、低电位端、控制端。

优选地，所述处理器为STM32F405或STM32F407。

上述的适配器中引入的电容器，通过该电容器储存一定电量，在适配器断电时，通过电容储存的电量将断电前适配器最后获取的设备状态数据发送出去、并且将适配器断电的信息一并发送，使得用户能在适配器掉线前了解工业设备的状态、也能了解适配器遇到的故障、方便用户进行故障分析及设备维修。

附图说明

图1为本实用新型实施例中工业物联网适配器结构示意图；

图2为图1所示的工业物联网适配器中的应急供电单元的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型较佳实施例中的工业物联网适配器，包括接口模块10、数据收发模块20、处理器30、联网模块40、定位模块50、模拟量采集器60、存储器件70和供电模块80；供电模块80包括常用供电单元81和应急供电单元82。

本实施例中，接口模块10包括数据通讯接口、调试接口；数据通讯接口连接数据收发模块20，用于外部连接一个或多个工业设备的通讯接口，作为工业物联网适配器与工业设备间进行数据交互(输入或输出)的通道。数据通讯接口可以为CAN总线接口、RS485接口或RS232接口。工业物联网适配器通过数据通讯接口从各个连接的工业设备上获取设备数据。调试接口可以为JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组)接口、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口或者USB接口。调试接口一般供测试人员使用，用于进行工业物联网适配器安装、调试、程序下载、扩展或固件更新等功能应用。

数据收发模块20，分别连接接口模块10和处理器30，用于接收数据采集指令，通过数据通讯接口从工业设备上采集数字量数据，处理数据格式，并将采集或处理生成的数据发送到处理器30。本方案中，数据收发模块20可以为与CAN总线接口、RS485接口、RS232接口分别一一对应的TJA1040芯片、MAX485芯片和MAX232芯片。

模拟量采集器60连接处理器30，包括模拟量输入接口，用于采集工业设备的传感器输出的模拟量数据，将模拟量数据转换为数字量数据，并将转换得到的数字量数据传输至处理器30。

处理器30分别连接数据收发模块20、定位模块50、模拟量采集器60和联网模块40。处理器30优选STM32F405或STM32F407。处理器30用于通过多种网络通讯方式接入物联网云平台，实现工业物联网适配器与云平台之间的数据通讯。还用于向所述数据收发模块20发送数据采集指令以获取得到设备数据；也能获取当前设备定位数据，并将获取得到的设备数据、定位数据等信息上报发送到物联网云平台。还用于接收从物联网云平台发送过来的设备控制指令，并通过数据收发模块20发送到各个工业设备，以控制设备。

联网模块40可以包括以太网模块、WIFI模块、GSM通信模块，或其它无线通讯模块中的一种或多种，使工业物联网适配器能采用不同的网络通讯方式与网络端、物联网云平台进行数据连接通讯。

定位模块50包括相互连接的GPS芯片和GPS天线，GPS天线连接处理器30，用于获取设备的GPS定位数据，实现设备定位。

工业物联网适配器还可以包括IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)等设备接口，可以接入用户需求的传感器，扩展采集的数据规模，更便于物联网云平台对设备现场情况监控及数据管理。

供电模块80中的常用供电单元81包括相互连接的电源插座812和电源模块814，电源模块814用于通过电源插座接通外部供电电源，给工业物联网适配器的各个模块供电。其中，电源模块814优选DC-DC开关电源电路。

进一步地，处理器30外接扬声器、MIC(麦克风)，使工业物联网适配器实现通话功能，所述工业物联网适配器还包括SIM卡插槽，插入SIM卡可使所述工业物联网适配器实现用户身份识别功能。

存储器件70和处理器30连接，用来存储工业物联网适配器的程序代码或者数据。其中，包括预设的，处理器30在常用供电单元81掉电后若能持续上电，则通过所述联网模块40上传断电故障报文及断电前数据。具体地可以处理器30可以检测电源模块814的输出以触发是否上传断电故障报文及断电前数据。需要提醒的是，该预设功能是本领域常规技术手段。

优选的实施方式中，应急供电单元82包括储能电容C1、整流电路822、恒压电路824、第一开关管Q1和开关控制电路826。

储能电容C1的第一端接常用供电单元81的输出端，储能电容C1的第二端接地，利用常用供电单元81为储能电容C1充电；整流电路822输入端与所述储能电容C1的第一端连接；恒压电路824输入端接所述整流电路822的输出端，恒压电路824为处理器30提供稳压电源；第一开关管Q1，高电位端接所述恒压电路824的输出端，所述第一开关管Q1的低电位端接所述处理器30的电源引脚VCC；开关控制电路826与所述处理器30的使能引脚EN和所述第一开关管Q1控制端连接，用于根据在所述常用供电单元81断电后控制所述第一开关管Q1导通使所述处理器30持续上电，以上传所述断电报故障报文及断电前数据。

所述第一开关管Q1为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第一开关管Q1的高电位端、低电位端、控制端。

所述整流电路822包括整流二极管D1和第一电阻R1，所述整流二极管D1阳极接所述储能电容C1的第一端，另一端接所述恒压电路824，所述第一电阻R1与所述整流二极管D1并联。

所述恒压电路824包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、可控精密稳压源U1和第二开关管Q2；所述第二电阻R2的一端接所述整流电路822输出端，另一端接所述第三电阻R3的一端和所述可控精密稳压源U1的参考极，所述第三电阻R3的另一端接地；所述可控精密稳压源U1的阳极接地，阴极接所述第二开关管Q2的控制端和所述第四电阻R4的第一端，所述第四电阻R4的第二端接所述整流电路822输出端和所述第二开关管Q2的高电位端，所述第二开关管Q2的低电位端作为所述恒压电路824的输出端。优选地，所述第二开关管Q2为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第二开关管Q2的高电位端、低电位端、控制端。所述可控精密稳压源U1为型号为TL432。

所述开关控制电路826包括第三开关管Q3和第五电阻R5，第五电阻R5连接在第一开关管Q1的高电位端和控制端之间，所述第三开关管Q3的高电位端接所述第一开关管Q1的控制端，所述第三开关管Q3的低电位端接地，所述第三开关管Q3的控制端接所述处理器30的使能引脚EN。优选地，所述第三开关管Q3为三极管，其在所述处理器30的使能引脚EN的有效电平下导通。本实施例中，为NPN型三极管。

可以理解的是，处理器30通过一个检测引脚VRTC检测DC-DC开关电源电路的前端是否有电源以判断常用供电单元81是否断电，此时该储能电容C1器储存一定电量，在常用供电单元81断电时，通过储能电容C1储存的电量持续为适配器供电，以将断电前适配器最后获取的设备状态数据发送出去、并且将适配器断电的信息一并发送，使得用户能在适配器掉线前了解工业设备的状态、也能了解适配器遇到的故障、方便用户进行故障分析及设备维修。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业物联网适配器，包括接口模块、数据收发模块、处理器、联网模块、定位模块、模拟量采集器、存储器件和供电模块，所述供电模块包括常用供电单元和应急供电单元，所述处理器在所述常用供电单元掉电后若能持续上电，则通过所述联网模块上传断电故障报文及断电前数据，其特征在于，所述应急供电单元包括：

储能电容，第一端接所述常用供电单元的输出端，第二端接地；

整流电路，输入端与所述储能电容的第一端连接；

恒压电路，输入端接所述整流电路的输出端；

第一开关管，高电位端接所述恒压电路的输出端，所述第一开关管的低电位端接所述处理器的电源引脚；

开关控制电路，与所述处理器的使能引脚和所述第一开关管控制端连接，用于根据在所述常用供电单元断电后控制所述第一开关管导通使所述处理器持续上电，以上传所述断电报故障报文及断电前数据。

2.如权利要求1所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述整流电路包括整流二极管和第一电阻，所述整流二极管阳极接所述储能电容的第一端，另一端接所述恒压电路，所述第一电阻与所述整流二极管并联。

3.如权利要求1所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述恒压电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、可控精密稳压源和第二开关管；所述第二电阻的一端接所述整流电路输出端，另一端接所述第三电阻的一端和所述可控精密稳压源的参考极，所述第三电阻的另一端接地；所述可控精密稳压源的阳极接地，阴极接所述第二开关管的控制端和所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端接所述整流电路输出端和所述第二开关管的高电位端，所述第二开关管的低电位端作为所述恒压电路的输出端。

4.如权利要求3所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述第二开关管为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第二开关管的高电位端、低电位端、控制端。

5.如权利要求3所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述可控精密稳压源为型号为TL432。

6.如权利要求1所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述开关控制电路包括第三开关管，所述第三开关管的高电位端接所述第一开关管的控制端，所述第三开关管的低电位端接地，所述第三开关管的控制端接所述处理器的使能引脚。

7.如权利要求6所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述第三开关管为三极管，其在所述处理器的使能引脚的有效电平下导通；

所述第一开关管为P型MOS管，P型MOS管的源极、漏极、栅极分别为所述第一开关管的高电位端、低电位端、控制端。

8.如权利要求1所述的工业物联网适配器，其特征在于，所述处理器为STM32F405或STM32F407。